齿轮传动因效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等诸多优点被广泛应用在机械、航空航天、船舶、轨道交通等各大领域,是动力传递的关键装置。而轨道车辆由于自身运行环境的特殊性,使得机车齿轮传动装置不仅承受齿轮传动系统内部的动态激励,同时还受到来自外部轮轨界面激扰的影响。随着铁路机车朝着高速、重载、大功率方向的快速发展,齿轮传动内部动态激励和来自轮轨界面的激扰会引起机车系统动态响应愈发剧烈,进而引起齿轮传动系统严峻的振动噪声等动力学问题,甚至导致动力传动部件的疲劳失效,影响机车系统动态性能及服役寿命,引起可靠性和安全性问题。然而,国内外相关研究工作尚不多见,仍处于初始研究阶段。因此,亟需开展复杂内、外动态激励共同作用下的重载机车齿轮传动系统的动态特性及变化规律的研究工作。鉴于此,本文建立了一种考虑齿轮传动系统的机车-轨道空间耦合动力学模型,揭示了重载机车齿轮传动系统与机车-轨道系统之间的耦合效应以及齿轮传动系统与轮轨接触非线性耦合振动机理,分析了牵引电机悬挂参数对齿轮传动装置动态特性的影响规律,研究了典型轮轨激励与时变啮合刚度激励共同作用下齿轮传动装置的动态特性。研究成果对整车振动环境下齿轮传动系统动态特性评估,齿轮传动装置参数优化设计,机车与线路运营和维护等具有重要的理论意义和工程价值。主要的研究工作包括:(1)建立了更为全面的考虑齿轮传动系统的机车-轨道空间耦合动力学模型,主要包含机车、齿轮传动系统、轨道结构等子模型,该模型能够更加真实地模拟牵引电机扭矩转化为轮轨界面的牵引力的动态传递过程以及三个子系统之间的动态相互作用,详细推导了整个系统模型的动力学方程。(2)开发了考虑齿轮传动系统的机车-轨道空间耦合系统仿真分析程序,结合现场实测数据,从时域和时-频联合分布的角度分别对比分析了机车加速过程中仿真结果与现场实测结果,二者吻合良好,验证了建立的动力学模型的正确性。(3)分析了齿轮时变啮合刚度和轨道不平顺共同作用下的系统动态响应,研究了齿轮传动动态效应对机车系统不同动力学指标、关键部件振动响应以及钢轨振动响应等的影响,从空间的角度揭示了齿轮传动系统与机车-轨道系统之间的耦合机制。(4)分析了不同电机吊杆垂向刚度、抱轴轴承径向刚度、吊杆纵向悬吊距离以及吊杆横向悬吊距离等悬挂参数条件下的齿轮传动系统动态响应,研究了不同电机悬挂参数对机车齿轮传动系统动态特性的影响规律,研究结果可为整个机车齿轮传动装置设计参数的选取和优化提供一定的理论指导。(5)研究了复杂轮轨激扰(车轮多边形、钢轨焊缝)与齿轮时变啮合刚度激励共同作用下的齿轮传动装置动态特性,分别分析了不同车轮多边形以及钢轨焊缝参数下的机车及其驱动系统动态响应特性,获得了车轮多边形及钢轨焊缝冲击作用下机车传动系统动态特性的影响规律,研究结果可为机车操纵、运营和维护提供一定的理论参考依据。